科學家發現天王星與海王星內部存在全新“富鎂水”形態

近日，一項發表于科學界的重磅研究揭示了冰巨行星內部令人震驚的微觀世界。來自韓國延世大學及美國亞利桑那州立大學等機構的聯合科研團隊發現，在天王星和海王星極端的深層環境中，水并非以我們熟知的冰或液體形態存在，而是通過與巖石核心的劇烈相互作用，演變成了一種前所未見的、富含鎂的新型原子物質。這一發現徹底挑戰了天文學界長期以來關于冰巨星內部結構的傳統模型。

長期以來，天文學家普遍認為天王星和海王星這類“冰巨星”擁有涇渭分明的內部結構：外部是厚厚的大氣層，中間是深邃的冰層（主要由水、氨和甲烷組成），中心則是完全分離的巖石核心。然而，這一經典的“分層模型”始終難以完美解釋這兩顆行星奇特的磁場特征及其內部熱演化機制。為了解開這一謎題，研究團隊決定在實驗室中重現行星深處的極端條件。

為了模擬冰巨星深部高達數百萬個大氣壓的恐怖環境，科學家們利用金剛石對頂砧（Diamond Anvil Cells）將水與氧化鎂（巖石礦物的主要代表成分）的混合物進行極端壓縮，隨后使用 X 射線自由電子激光器將其加熱至數千度。通過超高速 X 射線衍射成像技術，研究人員成功捕捉到了原子在極短時間內的化學變化。

實驗結果令人大吃一驚：在約為地球大氣壓 300 萬倍的壓力和 2000 到 4000 攝氏度的高溫下，水與氧化鎂并沒有像預期那樣保持分離。相反，氧化鎂礦物大量“吸收”了水分子，兩者發生化學反應，生成了一種特定的晶體結構。這種全新的物質形態被描述為“富鎂水”，這意味著在行星深處，所謂的“海洋”并非純粹的液態水，而是一種水與巖石高度混合的復雜化合物。

亞利桑那州立大學的 Sang-Heon Dan Shim 教授指出，這一化學反應表明天王星和海王星內部可能根本不存在清晰的“冰-巖”分界線。取而代之的，是一個廣闊的、深度混合了水與巖石物質的過渡帶。這種獨特的內部構成導致的物質分布差異，極有可能是造成這兩顆行星擁有偏心且高度傾斜磁場的關鍵原因。

這項研究不僅為解釋太陽系邊緣行星的異常物理特征提供了全新的理論支撐，也暗示著在浩瀚宇宙中，那些富含水的系外行星可能擁有比我們需要中更為復雜和奇異的內部地質活動。

編譯自/ScitechDaily